Trabalho de Pesquisa -Manutencao de Trnsf. - Copy

TÉCNICAS DE ALTA TENSÃO

RESUMO

Manutencao e tecnicamene definida como uma actividade realizada com o objectivo de consevar e manter o estado inicial de um equipamento em funcionamento de acordo com as condicoes reguladas pelos fabricantes.

Uma manutencao bem programada e bem feita denro dos períodos preconizados, pode nos trazer grandes vanagens tais como:

- Longa vida dos equipamentos, funcionamento rentável das infra-estruturas, altos rendimentos, menos avarias dos equipamentos, elevacao da experiencia da mão-de-obra, diminuicao ou interrupcao da producao, insastisfacao do cliente,..etc.

O trabalho de manutencao pode ser planificado e programado, assim como pode não ser.

Em suma, a manutencao e actuar no sistema(de uma forma geral) com o objectivo de evitar quebras e/ou paradas na producao, bem como garantir a qualidade planejada dos produtos.

AlcidesBaulane. 2014 1


ÍNDICE Capítulo I ........................................................................................................................................3INTRODUÇÃO .............................................................................................................................31.1 Objectivos..................................................................................................................................3 1.2 Metodologia ..............................................................................................................................3 1.2.1 Pesquisa bibliográfica ............................................................................................................3

Capítulo II .......................................................................................................................................4 INTRODUÇÃO……………… .....................................................................................................4 2. Definição de Cabo………………………………………………………………………...........42.1 Componentes de uma Linha de Transmissão…………..................…………………...............42.2 Condutores de fase e cabos pára-raios…………………………………………………...........42.3 Os cabos pára-raios……………………………………………………………………………52.4 Torres & Estruturas……………………………………………………………........................52.5 Sistema de Aterramento & Outros Componentes……………….........……………….............62.6 Cabo de Guarda……………………………………………………………….........................6

Capítulo III .....................................................................................................................................83. Descarga Atmosférica.................................................................................................................83.1 O que são as Descargas Atmosféricas.......................................................................................83.2 Como ocorrem ..........................................................................................................................93.3 Descargas nuvem-solo...............................................................................................................93.4 Raios de Polaridade Negativa…………………………………………………………......…103.5 Raios de Polaridade Positiva....................................................................................................103.6 Demostração das fases de descargas atmosfericas...................................……...…………..11

CAPÍTULO IV ............................................................................................................................ .124. SOBRETENSÕES POR DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICA…………………124.1 SOBRETENSÕES DE MANOBRAS………………………………………………….…...124.1.1 Mecanismos de propagação……………………………………………………………......124.2 SOBRETENSÕES CONDUZIDAS………………………………………………………………….124.3 SOBRETENSÕES INDUZIDAS……………………………………………………………………..134.4 SOBRETENSÕES CAPACITIVAS…………………………………………………………………134.5 AUMENTOS DO POTENCIAL NAS LIGAÇÕES DE TERRA…………………………………..135.Conclusão........…………………………………………………………………….…………...136.Referências………………………………………………........................……………………..14



Capítulo I

INTRODUÇÃO

Este tema manutenção de transformadores submerso em óleo, faz parte da disciplina Manutenção Industrial do curso de Engenharia Eléctrica. Contudo, a pesquisa visa dar informações de manutenção dos mesmos. O atendimento a estas instruções proporcionara um bom desempenho do transformador, alem de prolongar a sua vida útil. Os transformadores são projectados e construídos rigorosamente segundo normas ou especificações.

Trata-se de um equipamento que representa um dos investimentos mais importantes no sistema de transmissão de energia eléctrica. Em contrapartida a sua manutenção e simples, destacando-se o controle das propriedades isolantes do óleo, do ponto de vista de ridez dieléctrica, conteúdo de gases e de humidade produzidos ao longo do seu funcionamento normal. A falta de manutenção pode resultar em avaria/acidente inesperada provocando grandes transtornos aos consumidores devido a indisponibilidade, custos elevados a empresa devido ao não fornecimento de energia, penalizações, reparacao ou aquisição que se encontre nas proximidades e por ultimo uma avaria não esperada pode resultar em danos humanos imprevisíveis ao pessoal da subestação.

Recomendamos, àqueles que desejarem aprofundar-se no assunto, a leitura das seguintes normas:NBR-7036 - Recebimento, instalação e manutenção de transformadores de distribuição imersos em líquido isolante – Procedimento.NBR-7037 - Recebimento, instalação e manutenção de transformadores de potência em óleo isolante mineral - Procedimento.NBR-5416 - Aplicação de cargas em transformadores de potência - Procedimento.

1.1 Objectivos O objectivo do presente trabalho de investigação é desenvolver conhecimentos e Técnicas de manutenção, conhecer e aplicar adequadamente procedimentos, normas que através das mesmas seja um input para conseguir conseguir conservar o estado e o funcionamento ideal do equipamento.

1.2 Metodologia Para o desenvolvimento do trabalho de pesquisa foram utilizadas as seguintes metodologias:

1.2.1 Pesquisa bibliográfica Realizamos pesquisa bibliográfica exaustiva, manualmente e electronicamente.

Manualmente: consistiu em pesquisar directamente no manual, Instalação e Manutenção para Transformadores a Óleo.

Manutenção eléctrica Industrial dos transformadores (Mateus de Araújo e João Camera)



Electronicamente: Consistiu em pesquisar por informação directamente ligada ao tema em questão, em livros disponíveis on-line através de motores de busca como o Google, 4shared, scripts e outros.

Capítulo II

Introdução

Os elementos básicos de uma linha de transmissão são os condutores de fase, cabos pára-raios ou cabos de guarda, estrutura e isoladores. A primeira vista pode parecer que são os condutores de fase os principais componentes. Contudo, os demais elementos são igualmente importantes.

As perdas do transformador geram calor provocando o aquecimento dos enrolamentos. As perdas são determinadas pelo fluxo estabelecido no circuito magnético e são praticamente constantes para cada transformador, estando ele operando com carga ou em vazio. Com o excesso de calor, o isolamento dos enrolamentos, e também o isolamento entre as bobinas, tendem a deteriorar-se, provocando curto-circuito e queima do transformador. O calor deve ser dissipado a fim de que a temperatura estabelecida para os enrolamentos seja mantida. Os pequenos transformadores podem dissipar o calor por radiação directa, isto e, expostos ao ar naturalmente.

2. DEFINIÇÃO DO TRANSFORMADOR

Designa-se por transformadores maquinas estáticas que fazem a conversão de energia eléctrica dum circuito para outro, mantendo a frequência e, normalmente, variando valores da corrente e tensão.

2.1 Manutenção de transformadores

O transformador e um equipamento cuja manutenção preventiva e bastante simples, bastando que seja feita regularmente um inspecção visual para se detectarem possíveis fugas de óleo,



estado da silicagel, para alem da inspecção periódica do comutador do regulador de tensão em carga(Tap Changer)

Na maior parte dos casos, a avaria do transformador acontece devido a deterioração do material isolante, constituído pelo óleo mineral e celulose. As principais causas são o sobreaquecimento (sobrecarga) e contaminação por humidade. O óleo contaminado pode ser regenerado para se recuperarem as suas propriedades isolantes em pleno, enquanto o mesmo não e aplicável em relação a celulose. A humidade e susceptível de penetrar no transformador através de vedantes deteriorados (fugas de óleo) bem como através do respirador (silicagel). Parte significativa da humidade e absorvida por esta substancia química, quando esta se encontra em bom estado.

Justifica-se assim que seja adoptado um metodo fiavel para se monitorar o estado interior do transformdor, a fim de no antecipar a ocorrencia de avarias mais graves, que resultam em perda de fornecimento de energia a rede de distribuiçao, para alem das consequencias financeiras.

E de salientar que a indisponibilidade de um transformador numa subestação que tem apenas um transformador principal, acarreta serios transtornos por um lado ao consumidor de energia e por outro a balança financeira da empresa, visto que neste casos, ha que considerar o custo da operação da central geradora(normalmente diesel) e o de não fornecimento, que se juntam aos custos próprios da reparação –material e mão de obra.

Importa pois que haja uma sensibilidade por parte das equipas de manutenção, sobre as condiçoes interiores do transformador, de modo a poder-se detectar uma enventual anomalia no isolamento do transformador e permitir que medidas correctivas sejam tomadas em tempop util e com menores custos.

3.4 Analise de gases dissolvidos em óleo

Constitui o metodo mais efectivo para avaliar o estado interior do transformador. Deverao ser cumpridas as directivas estabelecidas no capitulo dedicado ao oleo isolante, relativamente a forma de tiragem de amostras de óleo, bem como do tipo de análise a serem feitas, incluindo a respectiva periodicidade.

3.5 Inspenção do regulador de tensão em carga



O regulador de tensão devera ser inspeccionado no seu comutador em carga, para se verificar o estado actual dos contactos móveis e fixos, bem assim as resistencias transitorias envolvidas no processo de comutação. È importante obedecer a periodicidade das inspeções de acordo com as recomendações dos fabricantes. Este assunto é apresentado em capitulo especifico.

3.6 Períodos de Manutenção

Serão considerados dois tipos de manutenção:

Rotinas diárias onde o transformador deverá ser inspeccionado visualmente pelo operador em serviço, a fim de detectar qualquer sinal de anomalia, quer sejam fugas de óleo, silicagel saturado, ruidos estranhos, etc. Devendo nesse caso reporta-lo imediatamente e por escrito ao departamento responsavel pela subestação.

Manutenção especiaslizada, trata-se de trabalho cuja complexidade requer execução por tecnicos especializados para o efeito. A periodicidade deste tipo de manutenção depende das instruções dos fabricantes, ou da experiencia concreta da empresa em cada caso especifico. A titulo de exemplo, os fabricantes recomendam regra geral, que os comutadores em carga sejam inspecionados em cada 5 a 7 anos ou em cada 50 000 a 100 000 manobras de comutação. Estes periodos podem ser reduzidos ou ligeramente ampliados consoante experiência adquiridas para cada caso concreto.

Transformador fora de servico.

Quando a temperatura do transformador e baixa, a humidade contida no óleo isolante é na sua maioria absorvida pelo papel isolante, visto que a celulose é um material higroscópico. As temperaturas elevadas, dá-se um processo inverso, isto é, a humidade passa do papel para o óleo.

Conforme referiu-se anterioremente, a humidade provoca o envelhecimento do isolante sólido constituido por papel, encurtando assim a vida útil do transformador, sabido já que o isolante sólido não é regenerável.



Para prevenir contra este dano, recomenda-se que nas subestações com transformadores fora de serviço, os mesmos seja, mantidos sob tensão, ou seja funcionando em vazio. As perdas do transformador em vazio provocam um cert aquecimento do transformador, limitando deste modo a quantidade de humidade que é absorvida pelo papel isolante.

Através de análises referidas no ponto anterior, pode-se determinar o teor de humidade no óleo, que pode ser purificado através de um processo de regeneração, quando os n´veis admíssiveis são excedidos.

3. Testes

Os testes podem ser em corrente alternada ou em corrente contínua.

Testes em corrente alternada:

o Medição da corrente de excitação (magnetização) em cada faseo Medição de relação de transformação das espiras

o Medição do grupo de ligação

o Medição das perdas no isolamento (insulation power factor)

Testes em corrente contunua:

o Resistência de isolamento da bobinagemo Resistência de isolamento do núcleo

o Resitência das espiras/enrolamentos

Referencias Bibliograficas

“Instruções de Manutenção de equipamentos Eléctricos: Transformadores, Tapchangers, Meios dielectricos, Disjuntores, Seccionadores” EDM- Direcção de Engenharia e Redes, 1998



O regulador

São componentes com dupla função fornece a sustentação do circuito ao mesmo tempo que servem para manter o espaçamento entre cabos condutores e pararraios. Há uma grande variedade de torres. Particularmente em sistemas de transmissão, podemos dividir as torres em auto-portantes e estaiadas. Veja algumas configurações com diferentes tipos de torres Fig.1a e pára-raios na figura1b

Tipos de Torres Fig.1a Pára-raios no sistema electricoFig.1b2.5 Sistema de Aterramento & Outros Componentes

Os isoladores, anéis equalizadores são elementos igualmente importantes no projeto da linha mas de p.ouco impacto no que se refere a operação na frequência industrial. O sistema de aterramento, com os cabos contra-pesos e a impedância de pé de torre representam componentes essenciais no que se refere ao desempenho de um circuito de transmissão face às descargas atmosféricas. Infelizmente, o estudo desses componentes foge ao escopo desse trabalho.

3.6 Cabo de Guarda

A função principal dos cabos de guarda nas linhas aéreas de transmissão, é a de

Interceptar ou ainda a blindagem das descargas atmosféricas e evitando que atinjam os condutores, reduzindo assim as Possibilidades de ocorrerem interrupções no fornecimento de energia.

A existencia destes cabos irá permitir que as terras dos diversos apoios estejam ligadas entre si, possibilitando um melhor escoamento das correntes de defeito por todos apoios da linha, sendo que parte dela é atenuada pela importância dos cabos e estruturas. Fig.2a


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Na falta destes cabos verifica-se que corrente tem obrigatoriamente de se escoar pelos dois apoios de extremidade do vão que sofreu odefeito (Fig.2b), verificando-se a necessidade de escoar a mesma corrente mas apenas por dois caminhos e de uma forma indirecta, isto é, atravez de arcos que contornam as cadeias de isoladores. São estas circunstâncias e caracteristicas que levam à utilização de cabos de guarda, sendo estes importantes no dimensionamento eléctrico dos cabos condutores e do circuito de terra da linha.

Fig.2a

Fig.2b

Além disso, contribuem na redução da indução (da ordem dos 15% a 25%) em circuitos de telecomunicações estabelecidos nas vizinhanças da linha, fazem a interligação dos circuitos de ligação a terra dos apoios e podem ainda incluir circuitos de comunicação (voz, dados). O sistema é composto pelos cabos ópticos OPGW, também conhecido como Cabo de Guarda com fibra óptica, que é a melhor solução para ser utilizada principalmente nas linhas de transmissão e distribuição de energia eléctrica, para cumprir a função de protecçãoeléctrica e, simultaneamente, prover os canais de comunicação de elevada capacidade.

Os cabos de guarda são executados com cabos de aço zincado ou Inoxidável, ou de qualquer dos materiais admitidos para os condutores. A sua secção e estabelecida para que a sua temperatura não ultrapasse 170oC quando atravessada, Durante 0,5 s por uma corrente igual a 75% da corrente de defeito fase-terra.

A temperatura final máxima admissível no curto-circuito Para cabos de guarda em aluminio-aco e de 200oC e para cabos em aço e de 400oC, sendo que Nos cálculos de aquecimento sofrido pelos cabos será considerada uma temperatura inicial de30oC. (Segundo a cláusula 5.2.2/PT.3 da EN50341-3-17)



Os cabos de guarda são, geralmente, estabelecidos na parte mais alta dos apoios leigados a terra através desses apoios, de acordo com a seguinte recomendações (cláusula 5.3.3.5/PT1 da EN50341-3-17); como mostra as figura. 2c e 2d

Fig.2c Cabos de guarda colocados numa posição superior aos cabos condutores e equipamentos numa subestação e linhas de transmissão de energia.

Figura 2d cabo pára-raio (Cabo de guarda)

Capitulo III

3. Descarga Atmosférica


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3.1 O que são as Descargas Atmosféricas

Descargas atmosféricas são descargas eléctricas de grande extensão (alguns quilómetros) e de grande intensidade (picos de intensidade de corrente acima de um quilo ampere), que ocorrem devido ao acúmulo de cargas eléctricas em regiões localizadas da atmosfera, em geral dentro de tempestades.

A descarga inicia quando o campo eléctrico produzido por estas cargas excede a capacidade isolante, também conhecida como rigidez dielétrica, do ar em um dado local na atmosfera, que pode ser dentro da nuvem ou próximo ao solo. Quebrada a rigidez, tem início um rápido movimento de electrões de uma região de cargas negativas para uma região de cargas positivas, ocasionando os conhecidos raios. Existem diversos tipos de descargas, classificadas em função do local onde se originam e do local onde terminam. Fig.3



3.2 Como ocorrem

Descargas atmosféricas podem ocorrer da nuvem para o solo, do solo para a nuvem, dentro da nuvem, da nuvem para um ponto qualquer na atmosfera, denominados descargas no ar, ou ainda entre nuvens.De todos os tipos de descargas, a intra-nuvem são as mais frequentes, em parte devido ao fato de a capacidade isolante do ar diminuir com a altura em função da diminuição da densidade do ar, em parte devido às regiões de cargas opostas dentro da nuvem estarem mais próximas que no caso dos outros relâmpagos.Fig.3

3.3 Descargas nuvem-solo

As descargas nuvem-solo, também denominados raios, são as mais estudadas devido ao seu carácter destrutivo. Elas podem ser divididas em dois tipos ou polaridades, definidas em função do sinal da carga efectiva transferida da nuvem ao solo: negativas e positivas.A corrente eléctrica, por sua vez, sofre grandes variações desde algumas centenas de amperes até centenas de quilos amperes.Fig.3

A corrente flui em um canal com um diâmetro de uns poucos centímetros, denominado canal do relâmpago, onde a temperatura atinge valores máximos tão elevados quanto algumas dezenas de milhares de graus e a pressão valores de dezenas de atmosferas.

3.4 Raios de Polaridade Negativa

Um raio negativo é formado por diversas etapas. Ele inicia com fracas descargas na região de cargas negativas dentro da nuvem, em geral em torno de 5 km, que se deslocam em direcção ao centro inferior de cargas positivas ao longo de um período de cerca de 10 milissegundos (ms) denominado período de quebra de rigidez preliminar.



Ao final do processo de quebra de rigidez, uma fraca descarga luminosa, geralmente não visível, denominada líder escalonado, se propaga para fora da nuvem em direcção ao solo com uma velocidade em torno de 400.000 km/h ao longo do canal de relâmpago.

Por transportar cargas negativas, o líder escalonado é dito ser negativo. Fig.3

3.5 Raios de Polaridade Positiva

Os raios positivos seguem de um modo geral as mesmas etapas descritas para os negativos, porém com algumas diferenças.

Em geral, iniciam-se a partir de um líder com uma luminosidade mais fraca do que a de um líder escalonado de um raio negativo, que se propaga a partir de uma região de cargas positivas dentro da nuvem, não apresentando etapas e sim uma luminosidade contínua, porém com variações periódicas de intensidade.

Na maior parte das vezes, costumam apresentar somente uma descarga de retorno, cuja intensidade média é levemente maior do que a dos negativos. Fig.3

3.6 DEMOSTRAÇÃO DAS FASES DE DESCARGA ATOMOSFERICAS



Figura. 3

Capitulo IV

4. SOBRETENSÕES POR DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS



As tempestades eléctricas são acontecimentos muito habituais e perigosos. Estima-se que noNosso planeta se produzem simultâneamente umas 2000 trovoadas e que cerca de 100 raios seDescarregam sobre a terra cada segundo. No total, isto representa umas 4000 trovoadas diárias e9 Milhões de descargas atmosféricas cada dia.No impacto, o raio provoca um impulso de corrente que chega a alcançar dezenas de milharesDe amperes. Esta descarga gera uma sobretensão no sistema eléctrico que pode causarIncêndios, destruição de máquinas e inclusive mortes de pessoas.

4.1 SOBRETENSÕES DE MANOBRAS

Estas sobretensões são geradas na linha eléctrica, fundamentalmente devido a estes doisMotivos:

Comutações de máquinas de grande potência:Os motores eléctricos são cargas muito indutivas cujo arranque e paragem provocaSobretensões. Existem assim mesmo outros processos capazes de produzir-las, como porExemplo o acender e apagar do arco de soldadura.

Manobras e/ou defeitos na alimentação eléctrica:No caso de curto-circuito em algum ponto da rede, as protecções eléctricaRespondem abrindo o circuito e com subsequentes reactivações, como se fosse uma falhaTransitória, o que gera as sobretensões típicas de comutação de cargas indutivas.

4.1.1 Mecanismos de propagação

O mecanismo de propagação predominante das sobretensões de comutação é por condução, jáque se originam nas mesmas redes de alimentação eléctrica. É nas descargas eléctricasatmosféricas onde se podem manifestar toda a gama de formas de propagação. Podem assim,se diferenciar os seguintes mecanismos:

4.2 SOBRETENSÕES CONDUZIDAS

O raio pode atingir directamente as linhas aéreas. A sobretensão propaga-se e chega aoutilizador, derivando-se à terra através dos seus equipamentos e produzir-lhes avarias.Um erro bastante frequente é pensar que as descargas incidentes nas linhas eléctricas dedistribuição (Média Tensão) não chegam às de Baixa Tensão devido ao isolamento galvânicoproporcionado pelo transformador existente. Isto é falso devido ao facto deste isolamento serapenas efectivo a frequências nominais da rede, 50 Hz, assim para as formas de ondaassociadas ao raio o transformador permaneça quase transparente, provocando poucaatenuação.

4.3 SOBRETENSÕES INDUZIDAS

O campo electromagnético que provoca as descargas eléctricas induz correntes transitóriasnos objectos próximos, transmitindo-as ao interior das instalações e danificando os



equipamentos.

4.4 SOBRETENSÕES CAPACITIVASExiste sempre um acoplamento capacitivo, também clamado capacidade parasita, entre qualquerpar de condutores.As sobretensões capacitivas são mais importantes quanto maior seja a rapidez da forma de ondada tensão implicada.

4.5 AUMENTOS DO POTENCIAL NAS LIGAÇÕES DE TERRA

Quando um raio se dispersa na terra, a corrente de descarga pode elevar o potencial de terravários milhares de volts, em redor do ponto de impacto no terreno, como consequência dacorrente que se dispersa.Qualquer objecto sobre o terreno afectado adquirirá a tensão associada durante esse instante, oque pode originar uma diferença de tensão perigosa em relação a outros pontos da instalação.Tem que prestar especial atenção aos elementos metálicos enterrados, como tubagens eligações de terra.

5. CONCLUSÃO

Conclui que numa linha de transmissão é indispensável,e é de extrema importância existência de cabo de guarda, que tem a função de proteger o sistema contra descargas atmosféricas dissipando ao solo as correntes dos raios,e que o impacto do raio no ponto atingido no sistema produz uma tensão, que é o produto da corrente de raio vezes a impedância do surto da descarga.

Também conclui que não basta apenas o cabo de guarda a desempenhar o seu papel, mas toda conjuntura dos elementos de sistemas devem ser estudados e testados para garantir fiabilidade, de modo a garantir o fornecimento de Energia eléctrica continuo e de qualidade. Contudo não devem surgir diferenças de potencial entre equipamentos ou partes de um mesmo equipamento; não devem surgir no solo diferenças de potencial que causem tensões de passo perigosas às pessoas; não devem surgir entre as partes metálicas e o solo diferenças de potencial que causem tensões de toque ou descargas laterais às pessoas.

Um grande ganhodo uso de cabo OPGW(Optical graund wire), com múltiplas funções; transmissão de dados de comunicação de voz, comunicação entreprotecções das subestações, como cabo de guarda nasprotecções contra descargas atmosféricas.



6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1- ESTUDO DO CAMPO ELÉTRICO DAS NUVENS DE TEMPESTADE DURANTE A OCORRÊNCIA DE RAIOS POSITIVOS - Raphael Bueno Guedes da Silva

2-PROTECÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFERICAS – MARLIM GERIN

3-APLICACIONES TECNOLÓGICAS S.A.Parque tecnológico de Valencia.

4-ANÁLISE DO COMPORTAMENTO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO SOB DESCARGAS ATMOSFÉRICAS - Dário Marcelino Nhacassane,

5-Aparelhagem de Manobra e Proteção, Sociedade Alemã de Cooperação Técnica (GTZ) - Dr.-Ing. Klaus Nowacki

6-Proteção contra Descargas Atmosféricas e Sobretensões - Ordem dos Engenheiros – Coimbra – 04 jun 2012


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